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基于3X3耦合器的干涉型光纤麦克风的系统设计

作　者: 潘黎
导　师: 俞本立；吴许强
学　校: 安徽大学
专　业: 光学
关键词: 光纤麦克风灵敏度有限元分析振动膜片
分类号: TN912.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

时代在发展,社会在进步,光纤传感技术也随着受到人们的重视,同时越来越吸引世人的眼球。对于光纤传感技术的研究在国防和国民经济建设等相关领域具有重大意义。光纤传感器具有很多优点,如：灵敏度高、动态范围大、检测频率宽等而受到世界各国的研究和关注。将光纤传感系统应用到微震动声音信号的探测与拾取上面是高灵敏度传感器的一个很重要的研究方向。光纤麦克风的研究是光纤传感技术中一个重要的分支,目前已有越来越多的相关文献和专利问世。本文在实验室已有的器材和研究成果的基础上面,提出了一种新型的光纤麦克风探头结构,引入了3X3耦合器和相位测量原理在光纤麦克风中的应用。并通过理论和模拟两个部分来分析结构的可行性,用以克服传统的光纤麦克风振动膜中内应力对灵敏度的影响。本文主要内容如下：第一章主要介绍了光纤传感器的整体现状和应用领域。并简单介绍了国内外的发展状况并对本文的关于光纤麦克风的研究内容和意义研究意义作了简要的概述。第二章主要介绍了光纤麦克风膜的设计的相关理论知识。利用有限元软件结合理论分析得出了光纤麦克风的振动膜设计的相关参数。利用ANSYS软件对振动膜进行静力学分析和模态分析,并通过理论计算验证其固有频率和灵敏度是否一致。用以指导设计人员对膜的优化设计。第三章主要是讨论了李萨如图形在3×3耦合器干涉仪相位测量中的应用。使用Labview完成整个信号处理和相位测量过程。该方法可应用于测量各种物理量的相位型光纤传感器,测量方案简单,实时性好,测量结果准确可靠。第四章是在前文基础上,设计了基于3×3耦合器的干涉型的光纤麦克风。并设计了一种新型的深盆型的振动膜片,该振动膜片能够极大的释放结构本身的内应力从而大大提高灵敏度。取得了比波纹型振动膜和平面膜更好的效果。并在理论和模拟方面验证了其性能的可行性。最后一章为全文的总结和展望!通过本文的研究和探索,积累了相关经验,也发现了很多的不足。本文设计了一种新型的深盆型的振动膜片,并对其性能进行理论分析和模拟仿真,在膜片的灵敏度提高方面取得了一定的效果。全文对光纤传感系统的设计进行了新的探索,为今后的相关研究和探索有一定的指导意义。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-11
第一章概述  11-23
  1.1 光纤传感器概述  11-12
  1.2 国内外研究进展  12-15
    1.2.1 国外发达国家的研究现状  12-14
    1.2.2 我国的研究现状  14-15
  1.3 几种经典的光纤传感器  15-18
    1.3.1 光纤麦克风  15-17
    1.3.2 光纤温度传感器  17-18
  1.4 本文主要研究内容  18-20
  本章参考文献  20-23
第二章光纤麦克风振动膜片的参数优化设计  23-40
  2.1 引言  23-24
  2.2 振动膜片的理论分析和有限元分析  24-35
    2.2.1 薄膜振动理论公式推导  24-25
    2.2.2 有限元ANSYS软件的基本介绍  25-27
    2.2.3 振动薄膜的有限元分析  27-32
    2.2.4 共振理论推导和有限元模拟  32-35
  2.3 一种新型的深盆腔振动膜片的优化设计  35-37
  2.4 结论  37-38
  本章参考文献  38-40
第三章李萨如图形在3×3耦合器干涉仪相位测量中的应用  40-48
  3.1 引言  40-41
  3.2 干涉仪结构  41
  3.3 理论分析  41-44
  3.4 实验及结果  44-45
  3.5 结语  45-47
  本章参考文献  47-48
第四章基于3X3耦合器的干涉型全光纤麦克风的系统设计  48-61
  4.1 引言  48
  4.2 系统工作原理  48-49
  4.3 系统工作理论分析  49-52
  4.4 振动膜的选择和分析  52-58
    4.4.1 理论分析  53-54
    4.4.2 有限元分析与模拟  54-58
  4.5 本章总结  58-59
  本章参考文献  59-61
第五章总结与展望  61-63
  5.1 总结  61-62
  5.2 展望  62-63
在读期间参加的科研项目  63
在读期间发表的论文  63-64
致谢  64-65

基于3X3耦合器的干涉型光纤麦克风的系统设计

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